KR101292074B1 - Measurement system using a camera and camera calibration method using thereof - Google Patents

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Abstract

카메라를 이용한 계측 시스템 및 이를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템은 제1 제어 신호에 따라 타겟을 회전시키는 타겟 기구부 및 상기 타겟을 촬영하는 카메라를 제2 제어 신호에 따라 회전시키는 카메라 기구부를 포함하며, 대면적에 대한 계측 시스템에 있어서 카메라 및 타겟을 고정된 위치에서 일정 각도로 회전시킴으로써 카메라 캘리브레이션 파라미터를 얻을 수 있어 시간적, 경제적으로 효율적인 카메라 캘리브레이션을 수행할 수 있다.Disclosed are a measurement system using a camera and a camera calibration method using the same. Measurement system using a camera according to an embodiment of the present invention includes a target mechanism for rotating the target in accordance with the first control signal and a camera mechanism for rotating the camera for shooting the target in accordance with a second control signal, the large area In the Korean metrology system, the camera calibration parameters can be obtained by rotating the camera and the target at a fixed angle from a fixed position, thereby performing camera calibration in a timely and economically efficient manner.

Description

카메라를 이용한 계측 시스템 및 이를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법{ Measurement system using a camera and camera calibration method using thereof}Measurement system using a camera and camera calibration method using the same

본 발명은 카메라를 이용한 계측 시스템 및 이를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 카메라 및 타겟의 이동없이 카메라 및 타겟을 일정 각도로 회전시켜 카메라 캘리브레이션 파라미터를 얻기 위한 카메라를 이용한 계측 시스템 및 이를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a measurement system using a camera and a method for calibrating a camera using the same, and more particularly, a measurement system using a camera for obtaining a camera calibration parameter by rotating a camera and a target at an angle without moving the camera and the target. It relates to a camera calibration method using the same.

카메라를 이용한 계측 시스템에 있어서 계측을 실행하기 전에 반드시 캘리브레이션을 수행해야 한다. 정밀한 영상 분석을 위해서는 정확한 크기 측정이 가능한 공간 매핑이 필수적이며, 3차원 공간의 일부를 2차원 공간으로 투사한 카메라 영상의 경우, 별도의 정보 없이 2차원 영상과 3차원 공간 모델을 매핑하기 어렵다. 그러나, 영상을 취득할 때 이용되는 카메라의 설치 높이, 지향각(Tilt Angle), 시야각(Field of View) 등의 파라미터를 알 수 있는 경우 2차원 영상으로부터 3차원 실제 공간을 수학적으로 모델링하여 매핑시킬 수 있다. 다만, 카메라의 설치 위치와 지향각을 실측해야 하므로 카메라의 설치 높이 및 지향각을 얻기 어려우며, 계측 상의 여러 변수들(지면의 불규칙함 등) 때문에 실측값에 대한 신뢰성이 높지 않다.In camera-based metrology systems, calibration must be performed prior to performing measurements. For precise image analysis, spatial mapping that can accurately measure size is essential, and in the case of a camera image projecting part of a three-dimensional space into a two-dimensional space, it is difficult to map a two-dimensional image and a three-dimensional space model without additional information. However, if the parameters such as the installation height, tilt angle, field of view, etc. of the camera used to acquire the image are known, the 3D real space can be mathematically modeled and mapped from the 2D image. Can be. However, since the installation position and the orientation angle of the camera must be measured, it is difficult to obtain the installation height and the orientation angle of the camera, and reliability of the measured value is not high due to various variables in measurement (such as irregularities on the ground).

따라서, 카메라의 2차원 영상과 3차원 공간 모델을 매핑하기 위해 필요한 파라미터를 얻기 위한 카메라 캘리브레이션이 요구된다. 카메라 캘리브레이션 (Camera Calibration)이란 카메라 파라미터(Camera Parameter)를 얻기 위한 것으로 초점 거리(Focal Length), 카메라 중심(Principal Point), 왜곡량(Distortion Coefficients) 등을 계산한다. 카메라 캘리브레이션을 수행하기 위해서는 일정한 패턴의 타겟을 카메라의 FOV 상에 다양한 자세로 촬영한 이미지를 분석하여 얻는 것이 일반적이다. 다만, 대면적에 대한 계측 시스템에서는 카메라의 FOV에 대해 모두 타겟의 이미지를 얻기 위해서는 타겟의 크기를 늘리고 직접 타겟의 위치를 여러 번 옮겨야 한다. 이는 매우 시간적, 경제적으로 비효율적이므로 새로운 카메라 캘리브레이션 방법이 요구된다.Therefore, a camera calibration is required to obtain the parameters necessary for mapping the two-dimensional image and the three-dimensional spatial model of the camera. Camera calibration is to obtain camera parameters and calculates a focal length, a camera point, distortion coefficients, and the like. In order to perform camera calibration, it is common to obtain a target having a predetermined pattern by analyzing images photographed in various postures on the FOV of the camera. However, in the large-area measurement system, in order to obtain the image of the target with respect to the camera's FOV, it is necessary to increase the size of the target and directly shift the position of the target several times. This is very time and economically inefficient, requiring a new camera calibration method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대면적에 대한 계측에 필요한 캘리브레이션을 보다 시간적, 경제적으로 효율적으로 수행하기 위한 카메라를 이용한 계측 시스템 및 이를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a measurement system using a camera and a camera calibration method using the same for more efficiently and efficiently performing calibration required for large area measurement.

본 발명의 일 측면에 따르면, 타겟을 복수 회 촬영하여 카메라의 캘리브레이션을 수행하기 위한 계측 시스템으로서, 상기 타겟을 회전시키는 타겟 기구부; 상기 카메라를 회전시키는 카메라 기구부; 및 상기 타겟의 크기와 상기 카메라의 FOV(Field of View)로부터 상기 타겟과 카메라를 회전시키기 위한 제어 신호를 생성하는 호스트를 포함하는 카메라를 이용한 계측 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention, a measurement system for performing a calibration of the camera by photographing a target a plurality of times, comprising: a target mechanism for rotating the target; A camera mechanism unit for rotating the camera; And a host generating a control signal for rotating the target and the camera from the size of the target and the field of view (FOV) of the camera.

상기 호스트는 상기 타겟을 회전시키기 위한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 타겟 기구부는 상기 호스트로부터 상기 제1 제어 신호를 수신하여 상기 타겟을 회전시키는 타겟 회전 구동부를 포함할 수 있다. The host may generate a first control signal for rotating the target, and the target mechanism unit may include a target rotation driver to rotate the target by receiving the first control signal from the host.

상기 타겟 회전 구동부는 상기 타겟 회전 신호에 따라 상기 타겟을 X축, Y축 및 Z축을 중심으로 회전시킬 수 있다. The target rotation driver may rotate the target about an X axis, a Y axis, and a Z axis according to the target rotation signal.

상기 호스트는 상기 카메라를 회전시키기 위한 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 카메라 기구부는 상기 호스트로부터 상기 제2 제어 신호를 수신하여 상기 카메라를 회전시키는 카메라 회전 구동부를 포함할 수 있다. The host may generate a second control signal for rotating the camera, and the camera mechanism unit may include a camera rotation driver for rotating the camera by receiving the second control signal from the host.

상기 카메라 회전 구동부는 상기 카메라 회전 신호에 따라 상기 카메라를 X축 및 Y축을 중심으로 회전시킬 수 있다. The camera rotation driver may rotate the camera about an X axis and a Y axis according to the camera rotation signal.

상기 호스트는 상기 타겟의 크기에 따라 상기 카메라의 FOV를 분할하고, 분할된 각 영역에 상기 타겟이 들어오도록 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. The host may divide the FOV of the camera according to the size of the target, and generate the second control signal so that the target enters each divided region.

상기 호스트는 상기 카메라로부터 촬영된 이미지를 수신하여, 상기 이미지로부터 코너포인트를 추출하고, 캘리브레이션 파라미터를 산출하는 그래버를 포함할 수 있다. The host may include a grabber that receives an image captured by the camera, extracts a corner point from the image, and calculates a calibration parameter.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 타겟의 크기와 카메라의 FOV로부터 상기 타겟과 카메라를 회전시키기 위한 제어 신호를 생성하는 단계; 상기 제어 신호에 따라 상기 타겟을 회전시키는 단계; 상기 제어 신호에 따라 상기 카메라를 회전시키는 단계; 및 상기 카메라의 회전에 따라 상기 타겟을 복수 회 촬영하여 상기 타겟의 이미지를 취득하는 단계를 포함하는 카메라 캘리브레이션 방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, generating a control signal for rotating the target and the camera from the target size and the FOV of the camera; Rotating the target according to the control signal; Rotating the camera according to the control signal; And acquiring an image of the target by photographing the target a plurality of times according to the rotation of the camera.

상기 타겟을 회전시키는 단계는 상기 타겟을 X축, Y축 및 Z축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. Rotating the target may include rotating the target about an X axis, a Y axis, and a Z axis.

상기 카메라를 회전시키는 단계는 상기 카메라를 X축 및 Y축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. Rotating the camera may include rotating the camera about an X axis and a Y axis.

상기 타겟의 이미지를 취득하는 단계 후, 상기 이미지로부터 코너포인트를 추출하고, 캘리브레이션 파라미터를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. After acquiring an image of the target, the method may further include extracting a corner point from the image and calculating a calibration parameter.

상기 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 타겟의 크기에 따라 상기 카메라의 FOV를 분할하고, 분할된 각 영역에 상기 타겟이 들어오도록 제어 신호를 생성할 수 있다.In the generating of the control signal, the FOV of the camera may be divided according to the size of the target, and the control signal may be generated so that the target enters each divided region.

본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템 및 이를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법에 의하면 대면적에 대한 계측 시스템에 있어서 카메라 및 타겟을 고정된 위치에서 일정 각도로 회전시킴으로써 카메라 캘리브레이션 파라미터를 얻을 수 있어 시간적, 경제적으로 효율적인 카메라 캘리브레이션을 수행할 수 있다.According to a measurement system using a camera and a camera calibration method using the same according to an embodiment of the present invention, in a measurement system for a large area, a camera calibration parameter can be obtained by rotating a camera and a target at a fixed angle from a fixed position. Economically efficient camera calibration can be performed.

도 1은 통상적인 카메라 캘리브레이션 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템을 이용한 카메라 캘리브레이션 방법을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 제어 신호에 따른 타겟의 회전 과정을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 3에 도시된 제2 제어 신호에 따른 카메라의 회전 과정을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템의 타겟 및 카메라의 회전 방향을 상세히 나타내기 위한 블록도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 캘리브레이션 방법을 위한 타겟 이미지를 얻는 과정을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a conventional camera calibration method.
2 is a block diagram showing a measurement system using a camera according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a camera calibration method using a measurement system using a camera according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 in detail.
4 is a flowchart illustrating a rotation process of a target according to the first control signal illustrated in FIG. 3 in detail.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a rotation process of a camera according to the second control signal shown in FIG. 3 in detail.
6 is a block diagram illustrating in detail a rotation direction of a target and a camera of a measurement system using a camera according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 and 8 are block diagrams illustrating a process of obtaining a target image for a camera calibration method according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural and functional descriptions of embodiments according to the concepts of the present invention disclosed in this specification or application are merely illustrative for the purpose of illustrating embodiments in accordance with the concepts of the present invention, The examples may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein or in the application.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It should be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to specific forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and / or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another, for example, without departing from the scope of the invention in accordance with the concepts of the present invention, the first element may be termed the second element, The second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 통상적인 카메라 캘리브레이션 방법을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a conventional camera calibration method.

도 1을 참조하면, 카메라 캘리브레이션을 수행하려면, 먼저 카메라(100)를 설치하고 카메라의 FOV(Field of View;105) 내에 격자 무늬의 타겟(110)을 위치시킨 후 타겟(110)의 이미지를 촬영한다. 이 때 캘리브레이션에 필요한 타겟(110)의 이미지를 얻기 위해 직접 타겟(110)을 카메라(100)의 FOV(105)의 전 영역에 걸쳐 이동시키며 촬영하여야 한다. 또한, 보다 정확한 캘리브레이션 파라미터를 얻기 위해서는 타겟(110)의 카메라(100)에 대한 방향을 다양하게 한 후 카메라(100)의 FOV(105)의 전 영역에 걸쳐 반복하여 촬영해야 한다. 카메라의 FOV(105)가 매우 클 경우, 즉 대면적에 대해 계측을 수행해야 하는 카메라의 경우 위와 같은 방법을 사용하는 것이 시간적, 비용적으로 매우 비효율적이다.Referring to FIG. 1, in order to perform camera calibration, first, a camera 100 is installed and a grid 110 target is positioned within a field of view 105 of the camera, and then an image of the target 110 is taken. do. At this time, in order to obtain an image of the target 110 necessary for calibration, the target 110 should be photographed while moving the entire area of the FOV 105 of the camera 100. In addition, in order to obtain more accurate calibration parameters, it is necessary to vary the direction of the target 110 with respect to the camera 100 and then repeatedly photograph the entire area of the FOV 105 of the camera 100. If the FOV 105 of the camera is very large, i.e. for a camera that needs to be measured over a large area, using the above method is very inefficient in terms of time and cost.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing a measurement system using a camera according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템(200)은 호스트(230), 타겟 기구부(210) 및 카메라 기구부(220)를 포함할 수 있다.2, the measurement system 200 using a camera according to an embodiment of the present invention may include a host 230, a target mechanism 210, and a camera mechanism 220.

호스트(230)는 사용자로부터 카메라(260)의 FOV 및 타겟(240)의 크기를 입력 받아 카메라(260) 및 타겟(240)의 필요한 회전량을 계산할 수 있다. 호스트(230)의 COM1 및 COM2는 계산된 회전량을 기초로 하여 타겟 기구부(210)를 동작하기 위한 제1 제어 신호 및 카메라 기구부(220)를 동작하기 위한 제2 제어 신호를 생성하여 타겟 기구부(210) 및 카메라 기구부(220)로 전송할 수 있다. 또한, 호스트(230)의 그래버는 후술할 카메라 기구부(220)의 동작에 의해 촬영된 타겟(240)의 이미지를 수신하여 타겟(240)의 이미지의 코너포인트를 추출하여 캘리브레이션 파라미터를 산출할 수 있다.The host 230 may receive the FOV of the camera 260 and the size of the target 240 from the user and calculate a required amount of rotation of the camera 260 and the target 240. COM1 and COM2 of the host 230 generate a first control signal for operating the target mechanism 210 and a second control signal for operating the camera mechanism 220 based on the calculated amount of rotation. 210 and the camera mechanism 220. In addition, the grabber of the host 230 may receive an image of the target 240 photographed by the operation of the camera mechanism 220 to be described later, extract a corner point of the image of the target 240, and calculate a calibration parameter. .

타겟 기구부(210)는 타겟(240)을 결합하여 회전시킬 수 있다. 타겟(240)은 후술할 타겟 기구부(210)의 동작에 따라 카메라(260)의 FOV 내에서 타겟(240)의 이미지를 제공할 수 있다.The target mechanism 210 may rotate by combining the target 240. The target 240 may provide an image of the target 240 in the FOV of the camera 260 according to the operation of the target mechanism unit 210 to be described later.

타겟 기구부(210)는 타겟 회전 신호 발생부(254) 및 타겟 회전 구동부(252)를 포함할 수 있다. 타겟 회전 신호 발생부(254)는 호스트(230)의 COM1로부터 제1 제어 신호를 수신하여 타겟 회전 구동부(252)를 구동하기 위한 타겟 회전 신호를 생성하여 타겟 회전 구동부(252)로 전송할 수 있다. 타겟 회전 구동부(252)는 복수의 회전 모터를 포함할 수 있으며, 타겟 회전 신호 발생부(254)로부터 타겟 회전 신호를 수신하여 복수의 회전 모터를 구동할 수 있다.The target mechanism unit 210 may include a target rotation signal generator 254 and a target rotation driver 252. The target rotation signal generator 254 may receive the first control signal from the COM1 of the host 230, generate a target rotation signal for driving the target rotation driver 252, and transmit the target rotation signal to the target rotation driver 252. The target rotation driver 252 may include a plurality of rotation motors, and may receive a target rotation signal from the target rotation signal generator 254 to drive the plurality of rotation motors.

카메라 기구부(220)는 카메라(260)를 결합하여 회전시킬 수 있다. 카메라(260)는 후술할 카메라 기구부(220)의 동작에 따라 카메라(260)의 FOV 내에서 타겟(240)의 이미지를 촬영할 수 있다.The camera mechanism 220 may rotate by combining the camera 260. The camera 260 may capture an image of the target 240 in the FOV of the camera 260 according to the operation of the camera mechanism 220 to be described later.

카메라 기구부(220)는 카메라 회전 신호 발생부(274) 및 카메라 회전 구동부(272)를 포함할 수 있다. 카메라 회전 신호 발생부(274)는 호스트(230)의 COM2로부터 제2 제어 신호를 수신하여 카메라 회전 구동부(272)를 구동하기 위한 카메라 회전 신호를 생성하여 카메라 회전 구동부(272)로 전송할 수 있다. 카메라 회전 구동부(272)는 복수의 회전 모터를 포함할 수 있으며, 카메라 회전 신호 발생부(274)로부터 카메라 회전 신호를 수신하여 복수의 회전 모터를 구동할 수 있다.The camera mechanism unit 220 may include a camera rotation signal generator 274 and a camera rotation driver 272. The camera rotation signal generator 274 may receive a second control signal from the COM2 of the host 230, generate a camera rotation signal for driving the camera rotation driver 272, and transmit the generated camera rotation signal to the camera rotation driver 272. The camera rotation driver 272 may include a plurality of rotation motors, and may receive a camera rotation signal from the camera rotation signal generator 274 to drive the plurality of rotation motors.

상기와 같이 타겟 기구부(210) 및 카메라 기구부(220)의 동작에 의해 타겟(240)과 함께 카메라(260)를 동시에 또는 순차적으로 회전시킴으로써, 카메라(260)는 하나의 위치에서 타겟(240)을 이동시킬 필요없이 카메라 캘리브레이션에 필요한 타겟(240)의 이미지를 모두 취득할 수 있다. As described above, by simultaneously or sequentially rotating the camera 260 together with the target 240 by the operation of the target mechanism 210 and the camera mechanism 220, the camera 260 rotates the target 240 at one position. All images of the target 240 required for camera calibration can be acquired without moving.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템(200)을 이용한 카메라 캘리브레이션 방법을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a camera calibration method using a measurement system 200 using a camera according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 in detail.

도 2 및 도 3을 참조하면, 호스트(230)는 카메라(260)의 FOV 및 타겟(240)의 크기에 기초하여 생성된 타겟(240)의 회전량에 대한 정보를 포함하는 제1 제어 신호 및 카메라(260)의 회전량에 대한 정보를 포함하는 제2 제어 신호를 각각 타겟 기구부(210) 및 카메라 기구부(220)로 전송할 수 있다(S300). 타겟 기구부(210)는 수신된 제1 제어 신호에 따라 타겟(240)을 일정 각도로 회전시킬 수 있다(S310). 카메라 기구부(220)는 수신된 제2 제어 신호에 따라 카메라(260)를 일정 각도로 회전시킬 수 있다(S320). 2 and 3, the host 230 may include a first control signal including information about an amount of rotation of the target 240 generated based on the FOV of the camera 260 and the size of the target 240; A second control signal including information about the amount of rotation of the camera 260 may be transmitted to the target mechanism 210 and the camera mechanism 220, respectively (S300). The target mechanism 210 may rotate the target 240 at a predetermined angle according to the received first control signal (S310). The camera mechanism 220 may rotate the camera 260 at a predetermined angle according to the received second control signal (S320).

일정 각도로 회전된 상태에서 카메라(260)는 타겟(240)의 이미지를 촬영하여 호스트(230)로 전송할 수 있다(S330). 타겟(240)이 일정 각도로 고정된 상태에서 카메라 기구부(220)는 카메라(260)의 FOV의 전영역에 타겟(240)이 촬영될 수 있도록 제2 제어 신호에 따라 카메라(260)를 회전시킬 수 있다. 카메라(260)의 FOV의 전영역에 대해 타겟(240)의 이미지 취득이 완료되어 카메라(260)의 회전이 완료된 경우(S340) 타겟 기구부(210)는 제1 제어 신호에 따라 타겟(240)을 일정 각도로 다시 회전시킬 수 있다(S310). 타겟(240)의 일정 각도로의 회전이 완료된 경우(S350) 카메라(260)의 FOV의 전영역에 회전이 이루어진 타겟(240)이 촬영될 수 있도록 제2 제어신호에 따라 카메라(260)를 회전시켜 타겟 이미지를 취득할 수 있다(S320, S330). In the state rotated at a predetermined angle, the camera 260 may capture an image of the target 240 and transmit the captured image to the host 230 (S330). In a state where the target 240 is fixed at an angle, the camera mechanism 220 rotates the camera 260 according to the second control signal so that the target 240 can be photographed in the entire area of the FOV of the camera 260. Can be. When the image acquisition of the target 240 is completed for the entire area of the FOV of the camera 260 and the rotation of the camera 260 is completed (S340), the target mechanism unit 210 targets the target 240 according to the first control signal. It may be rotated again at a predetermined angle (S310). When the rotation of the target 240 at a predetermined angle is completed (S350), the camera 260 is rotated according to the second control signal so that the target 240, which has been rotated in the entire area of the FOV of the camera 260, can be photographed. In this case, the target image may be acquired (S320 and S330).

상기와 같은 과정을 카메라 캘리브레이션을 수행하기에 충분한 타겟 이미지를 얻을 때까지 반복할 수 있다. 카메라(260) 및 타겟(240)의 회전이 완료된 경우 호스트(230)에 포함된 그래버는 타겟(240)의 이미지의 코너 포인트를 추출할 수 있다(S360). 호스트(230)는 추출된 코너포인트를 기초로 카메라(260)의 캘리브레이션 파라미터를 산출할 수 있다(S370).The above process can be repeated until a target image sufficient to perform the camera calibration is obtained. When the rotation of the camera 260 and the target 240 is completed, the grabber included in the host 230 may extract a corner point of the image of the target 240 (S360). The host 230 may calculate a calibration parameter of the camera 260 based on the extracted corner point (S370).

도 4는 도 3에 도시된 제1 제어 신호에 따른 타겟의 회전 과정을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a rotation process of a target according to the first control signal illustrated in FIG. 3 in detail.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 도 3의 제1 제어 신호에 따라 타겟(240)을 회전시키는 과정은 먼저 타겟 회전 신호 발생부(254)가 호스트(230)의 COM1으로부터 제1 제어 신호를 수신할 수 있다(S312). 제1 제어 신호는 카메라(260)의 FOV 및 타겟(240)의 크기를 기초로 타겟(240)의 필요한 회전량이 계산되고 이를 포함하는 타겟 기구부(210)를 제어하기 위한 신호이다.2 to 4, in the process of rotating the target 240 according to the first control signal of FIG. 3, the target rotation signal generator 254 first receives a first control signal from the COM1 of the host 230. It may be (S312). The first control signal is a signal for controlling the target mechanism 210 including a required amount of rotation of the target 240 based on the FOV of the camera 260 and the size of the target 240.

타겟 회전 신호 발생부(254)는 수신된 제1 제어 신호를 기초로 타겟 회전 구동부(252)에 포함된 복수의 모터들을 회전시키기 위한 타겟 회전 신호를 생성하여 타겟 회전구동부로 전송할 수 있다(S314). The target rotation signal generator 254 may generate a target rotation signal for rotating the plurality of motors included in the target rotation driver 252 based on the received first control signal and transmit the generated target rotation signal to the target rotation driver (S314). .

타겟 회전 구동부(252)는 수신된 타겟 회전 신호에 따라 복수의 모터를 구동할 수 있으며, 복수의 모터에는 타겟(240)이 결합되어 타겟(240)의 방향을 전환할 수 있다. 이 때 카메라 캘리브레이션에 필요한 타겟 이미지를 얻기 위해 타겟(240)을 카메라에 대하여 다양한 각도로 회전시킬 수 있도록 X축(pan), Y축(tilt) 및 Z축(rotation)으로 회전 이동 시킬 수 있다(S316).The target rotation driver 252 may drive a plurality of motors according to the received target rotation signal, and the target 240 may be coupled to the plurality of motors to change the direction of the target 240. At this time, in order to obtain a target image required for camera calibration, the target 240 may be rotated in the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis so that the target 240 may be rotated at various angles with respect to the camera. S316).

도 5는 도 3에 도시된 제2 제어 신호에 따른 카메라의 회전 과정을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a rotation process of a camera according to the second control signal shown in FIG. 3 in detail.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 도 3의 제2 제어 신호에 따라 카메라(260)를 회전시키는 과정은 먼저 카메라 회전 신호 발생부(274)가 호스트(230)의 COM2으로부터 제2 제어 신호를 수신할 수 있다(S322). 제2 제어 신호는 카메라(260)의 FOV 및 타겟(240)의 크기를 기초로 카메라(260)의 필요한 회전량이 계산되고 이를 포함하는 카메라 기구부(220)를 제어하기 위한 신호이다.2 to 5, in the process of rotating the camera 260 according to the second control signal of FIG. 3, the camera rotation signal generator 274 receives the second control signal from the COM2 of the host 230. It may be (S322). The second control signal is a signal for controlling the camera mechanism 220 including a required amount of rotation of the camera 260 based on the FOV of the camera 260 and the size of the target 240.

카메라 회전 신호 발생부(274)는 수신된 제2 제어 신호를 기초로 카메라 회전 구동부(272)에 포함된 복수의 모터들을 회전시키기 위한 카메라 회전 신호를 생성하여 카메라 회전구동부로 전송할 수 있다(S324). The camera rotation signal generator 274 may generate a camera rotation signal for rotating the plurality of motors included in the camera rotation driver 272 based on the received second control signal and transmit the generated camera rotation signal to the camera rotation driver (S324). .

카메라 회전 구동부(272)는 수신된 카메라 회전 신호에 따라 복수의 모터를 구동할 수 있으며, 복수의 모터에는 카메라(260)가 결합되어 카메라(260)의 방향을 전환할 수 있다. 이 때 카메라 캘리브레이션에 필요한 타겟 이미지를 얻기 위해 고정된 타겟(240)을 카메라(260)가 다양한 각도에서 촬영할 수 있도록 X축(pan) 및 Y축(tilt)으로 회전 이동 시킬 수 있다(S326). The camera rotation driver 272 may drive a plurality of motors according to the received camera rotation signal, and the camera 260 may be coupled to the plurality of motors to change the direction of the camera 260. In this case, in order to obtain a target image required for camera calibration, the fixed target 240 may be rotated in the X-axis and the Y-axis so that the camera 260 can shoot at various angles (S326).

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 이용한 계측 시스템의 타겟 및 카메라의 회전 방향을 상세히 나타내기 위한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating in detail a rotation direction of a target and a camera of a measurement system using a camera according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 타겟 회전 구동부(252)는 타겟 회전 신호 발생부(254)로부터 타겟 회전 신호를 수신하고, 이에 따라 타겟 회전 구동부(252)에 포함된 복수의 모터를 구동할 수 있다. 이 때 카메라 캘리브레이션 파라미터를 얻기 위해서는 카메라(260)에 대해 타겟(240)의 다양한 자세가 요구되며 이를 위해서는 X축(pan), Y축(tilt) 및 Z축(rotation) 방향으로의 회전이 필요하다. 복수의 모터는 3개의 전기식, 공기식 또는 유압식 모터가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 4 to 6, the target rotation driver 252 may receive a target rotation signal from the target rotation signal generator 254, thereby driving a plurality of motors included in the target rotation driver 252. have. In this case, various attitudes of the target 240 are required with respect to the camera 260 to obtain camera calibration parameters, and for this, rotation in the X, pan, Y, and Z directions is required. . The plurality of motors may be three electric, pneumatic or hydraulic motors, but is not limited thereto.

또한, 카메라 회전 구동부(272)는 카메라 회전 신호 발생부(274)로부터 카메라 회전 신호를 수신하고, 이에 따라 카메라 회전 구동부(272)에 포함된 복수의 모터를 구동할 수 있다. 이 때 카메라 캘리브레이션 파라미터를 얻기 위해서는 카메라(260)의 FOV 전체에 대해 카메라(260)에 대해 고정된 타겟(240)의 타겟 이미지가 필요하므로 카메라(260)를 회전시키는 것이 필요하며 이를 위해서는 X축(pan) 및 Y축(tilt) 방향으로의 회전이 요구된다. 복수의 모터는 2개의 전기식, 공기식 또는 유압식 모터가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the camera rotation driver 272 may receive a camera rotation signal from the camera rotation signal generator 274, thereby driving a plurality of motors included in the camera rotation driver 272. In this case, since the target image of the target 240 fixed to the camera 260 is required for the entire FOV of the camera 260 to obtain the camera calibration parameter, it is necessary to rotate the camera 260. rotation in the pan and Y-axis directions is required. The plurality of motors may be two electric, pneumatic or hydraulic motors, but is not limited thereto.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 캘리브레이션 방법을 위한 타겟 이미지를 얻는 과정을 나타내는 블록도이다.7 and 8 are block diagrams illustrating a process of obtaining a target image for a camera calibration method according to an embodiment of the present invention.

도 3, 도 7 및 도 8을 참조하면, 호스트(230)는 카메라(260)의 FOV(600) 및 타겟(240)의 크기로부터 카메라(260)의 FOV(600)를 다수의 영역으로 분할할 수 있으며, 도 7의 경우 전체 FOV(600)에 대해 9개의 영역으로 분할된 것을 알 수 있다. 다수의 영역 중 제1 영역(1)에 해당하는 영역에 타겟(240)을 위치하게 하여 타겟 이미지를 취득하고자 한다면, 먼저 타겟 기구부(210)는 제1 제어 신호에 따라 타겟(240)을 카메라(260)에 대해 정면을 바라 보도록 회전 시킬 수 있다(S310). 카메라 기구부(220)는 제2 제어 신호에 따라 타겟(240)을 제1 영역(1)에 위치하도록 카메라를 축(pan) 및 Y축(tilt) 방향으로 일정 각도로 회전시킬 수 있다(S320). 3, 7, and 8, the host 230 divides the FOV 600 of the camera 260 into a plurality of areas from the size of the FOV 600 and the target 240 of the camera 260. In FIG. 7, it can be seen that the image is divided into nine regions for the entire FOV 600. If a target image is to be acquired by positioning the target 240 in a region corresponding to the first region 1 of the plurality of regions, first, the target mechanism unit 210 operates the target 240 according to the first control signal. 260 may be rotated to face the front (S310). The camera mechanism 220 may rotate the camera at a predetermined angle in the pan and Y-axis directions so that the target 240 is positioned in the first region 1 according to the second control signal (S320). .

일정 각도로 회전된 상태에서 카메라(260)는 타겟(240)의 이미지를 촬영하여 호스트(230)로 전송할 수 있다(S330). 타겟(240)이 카메라(260)에 대해 정면을 바라보도록 고정된 상태에서 카메라 기구부(220)는 카메라(260)의 FOV(600)의 전영역에 타겟(240)이 촬영될 수 있도록 화살표 방향으로 순차적으로 제2 제어 신호에 따라 카메라(260)를 회전시킬 수 있다. 카메라(260)가 화살표 방향을 따라 제1 영역(1) 내지 제9 영역(9)에 대해 타겟 이미지 취득을 완료한 경우(S340) 타겟 기구부(210)는 제1 제어 신호에 따라 타겟(240)을 일정 각도로 다시 회전시킬 수 있다. In the state rotated at a predetermined angle, the camera 260 may capture an image of the target 240 and transmit the captured image to the host 230 (S330). In the state where the target 240 is fixed to face the camera 260, the camera mechanism 220 moves in the direction of the arrow so that the target 240 can be photographed in the entire area of the FOV 600 of the camera 260. The camera 260 may be sequentially rotated according to the second control signal. When the camera 260 completes the acquisition of the target image for the first area 1 to the ninth area 9 in the direction of the arrow (S340), the target mechanism unit 210 generates the target 240 according to the first control signal. Can be rotated again at an angle.

도 8을 참조하면, 타겟(240)의 일정 각도로의 회전이 완료된 경우(S350) 카메라(260)의 FOV(600)의 화살표 방향을 따라 제1 영역(1) 내지 제9 영역(9)에 회전이 완료된 타겟(240)이 촬영될 수 있도록 제2 제어신호에 따라 카메라(260)를 축(pan) 및 Y축(tilt) 방향으로 회전시켜 타겟 이미지를 취득할 수 있다(S320, S330). 상기와 같은 과정을 카메라 캘리브레이션을 수행하기에 충분한 타겟 이미지를 얻을 때까지 반복할 수 있다.Referring to FIG. 8, when the rotation of the target 240 at a predetermined angle is completed (S350) in the first area 1 to the ninth area 9 in the direction of the arrow of the FOV 600 of the camera 260. The target image may be acquired by rotating the camera 260 in the pan and Y-tilt directions according to the second control signal so that the target 240 that has been rotated is photographed (S320 and S330). The above process can be repeated until a target image sufficient to perform the camera calibration is obtained.

발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

타겟 기구부(210)
카메라 기구부(220)
호스트(230)
타겟(240)
타겟 회전 구동부(252)
타겟 회전 신호 발생부(254)
카메라(260)
카메라 회전 구동부(272)
카메라 회전 신호 발생부(274)Target mechanism part 210
Camera mechanism part 220
Host (230)
Target (240)
Target rotational drive 252
Target rotation signal generator 254
Camera (260)
Camera Rotation Drive (272)
Camera rotation signal generator 274

Claims (12)

타겟을 복수 회 촬영하여 카메라의 캘리브레이션을 수행하기 위한 계측 시스템으로서,
상기 타겟을 회전시키는 타겟 기구부;
상기 카메라를 회전시키는 카메라 기구부; 및
상기 타겟의 크기와 상기 카메라의 FOV(Field of View)로부터 상기 타겟과 카메라를 회전시키기 위한 제어 신호를 생성하는 호스트를 포함하는 카메라를 이용한 계측 시스템.
A measurement system for calibrating a camera by photographing a target multiple times,
A target mechanism unit for rotating the target;
A camera mechanism unit for rotating the camera; And
And a host generating a control signal for rotating the target and the camera from the size of the target and the field of view of the camera.
제1항에 있어서,
상기 호스트는 상기 타겟을 회전시키기 위한 제1 제어 신호를 생성하고,
상기 타겟 기구부는
상기 제1 제어 신호에 따라 생성된 타겟 회전 신호에 따라 상기 타겟을 회전시키는 타겟 회전 구동부를 포함하는 카메라를 이용한 계측 시스템.
The method of claim 1,
The host generates a first control signal for rotating the target,
The target mechanism portion
And a target rotation driver configured to rotate the target according to the target rotation signal generated according to the first control signal.
제2항에 있어서,
상기 타겟 회전 구동부는 상기 타겟 회전 신호에 따라 상기 타겟을 X축, Y축 및 Z축을 중심으로 회전시키는 카메라를 이용한 계측 시스템.The method of claim 2,
And the target rotation driving unit rotates the target about an X axis, a Y axis, and a Z axis according to the target rotation signal. 제1항에 있어서,
상기 호스트는 상기 카메라를 회전시키기 위한 제2 제어 신호를 생성하고,
상기 카메라 기구부는
상기 제2 제어 신호에 따라 생성된 카메라 회전 신호에 따라 상기 카메라를 회전시키는 카메라 회전 구동부를 포함하는 카메라를 이용한 계측 시스템.
The method of claim 1,
The host generates a second control signal for rotating the camera,
The camera mechanism part
And a camera rotation driver to rotate the camera according to the camera rotation signal generated according to the second control signal.
제4항에 있어서,
상기 카메라 회전 구동부는 상기 카메라 회전 신호에 따라 상기 카메라를 X축 및 Y축을 중심으로 회전시키는 카메라를 이용한 계측 시스템.
5. The method of claim 4,
And a camera rotation driver to rotate the camera about an X axis and a Y axis according to the camera rotation signal.
제4항에 있어서,
상기 호스트는 상기 타겟의 크기에 따라 상기 카메라의 FOV를 분할하고, 분할된 각 영역에 상기 타겟이 들어오도록 상기 제2 제어 신호를 생성하는 카메라를 이용한 계측 시스템.
5. The method of claim 4,
And the host divides the FOV of the camera according to the size of the target, and generates the second control signal so that the target enters each divided area.
제1항에 있어서,
상기 호스트는 상기 카메라로부터 촬영된 이미지를 수신하여, 상기 이미지로부터 코너포인트를 추출하고, 캘리브레이션 파라미터를 산출하는 그래버를 포함하는 카메라를 이용한 계측 시스템.
The method of claim 1,
The host receives a photographed image from the camera, extracting a corner point from the image, and a grabber including a grabber for calculating a calibration parameter.
타겟의 크기와 카메라의 FOV로부터 상기 타겟과 카메라를 회전시키기 위한 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 제어 신호에 따라 상기 타겟을 회전시키는 단계;
상기 제어 신호에 따라 상기 카메라를 회전시키는 단계; 및
상기 카메라의 회전에 따라 상기 타겟을 복수 회 촬영하여 상기 타겟의 이미지를 취득하는 단계를 포함하는 카메라 캘리브레이션 방법.
Generating a control signal for rotating the target and the camera from the target size and the FOV of the camera;
Rotating the target according to the control signal;
Rotating the camera according to the control signal; And
And acquiring an image of the target by photographing the target a plurality of times according to the rotation of the camera.
제8항에 있어서,
상기 타겟을 회전시키는 단계는
상기 타겟을 X축, Y축 및 Z축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하는 카메라 캘리브레이션 방법.
9. The method of claim 8,
Rotating the target
And rotating the target about an X axis, a Y axis, and a Z axis.
제8항에 있어서,
상기 카메라를 회전시키는 단계는
상기 카메라를 X축 및 Y축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하는 카메라 캘리브레이션 방법.
9. The method of claim 8,
Rotating the camera
And rotating the camera about an X axis and a Y axis.
제8항에 있어서,
상기 타겟의 이미지를 취득하는 단계 후,
상기 이미지로부터 코너포인트를 추출하고, 캘리브레이션 파라미터를 산출하는 단계를 더 포함하는 카메라 캘리브레이션 방법.
9. The method of claim 8,
After acquiring the image of the target,
Extracting a corner point from the image, and calculating a calibration parameter.
제8항에 있어서,
상기 제어 신호를 생성하는 단계는,
상기 타겟의 크기에 따라 상기 카메라의 FOV를 분할하고, 분할된 각 영역에 상기 타겟이 들어오도록 제어 신호를 생성하는 카메라 캘리브레이션 방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the step of generating the control signal comprises:
And dividing the FOV of the camera according to the size of the target, and generating a control signal so that the target enters each divided area.
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